WD区块注水管网优化技术研究

王飞 唐金成

【摘 要】注水系统是油田开发中非常关键的一部分。针对系统效率低、管网末端管损大，油压差值大、争水严重等问题，论文综合分析了地形条件、注水管径、注水半径、干线水量的分布以及管道局部压力损失等对系统效率的影响，采用分级优化理论进行优化设计，提出了敷设注水复线、管网优化、分压注水改造等方案，为管网布局设计、运行管理和生产决策提供科学的依据和指导。

【Abstract】Water injection system is a key part of oilfield development. Aiming at the problems of low system efficiency， large pipe loss at the end of pipeline network， large oil pressure difference and serious water contention， this paper comprehensive analyzes the effects of topographic conditions， water injection diameter， water injection radius， water distribution of main line and local pressure loss of pipeline on system efficiency， adopts the theory of hierarchical optimization to optimize the design， and puts forward such schemes as laying double water injection line， pipe network optimization， and partial pressure water injection renovation， so as to provide scientific basis and guidance for the layout design， operation management and production decision-making of the pipe network.

【关键词】管损;分级优化;节能降耗

【Keywords】pipe loss; hierarchical optimization; energy saving

【中图分类号】TE357                                              【文献标志码】A                                            【文章编号】1673-1069（2019）05-0147-02

1 WD区块注水基本概况

WD采油作业区位于陕西省吴起县境内，地处鄂尔多斯盆地西部，海拔在1233～1809米，地貌属黄土高原梁状丘陵沟壑区，地形条件复杂。

2 WD区块注水存在的问题

①随着产建滚动开发，未配套建设合理注水系统，依靠原有系统，导致分支变多，管网复杂。

②路径曲折迂回，里程长，压损大。

③各油藏注水井混系统注水，注水油压差值大，争水问题严重，仪表损耗速度较快。

3 注水管网的优化分析

根据分级优化的策略，将注水管网的优化设计问题分为中间站（包括注水站和配水阀组）站址的优化、注水管网的布局优化和参数优化三个子问题。对每个子问题建立相应的模型，并采用有效的方法求解。注水管网属于二级管网，注水泵站以及注水井口都可以与管网连接。因此要对管网进行优先处理。可以用多级目标的优化方式，将注水管网视为一个动力系统。同时，注水泵站是其中源点，而注水井口本身也是可以看成是诸多的井口，这样就要将每个节点进行连接，形成树状。

4 注水管网的优化技术

4.1 基于能量利用率分析的分压注水改造技术

4.1.1 管网系统用能情况

抛开注水系统能量理论计算，结合现场实际得出：泵是为将原动机所做的功转换成被输送流体压力和流体的动能，所以提出单位水量所具有能量的概念，计算注水站分水器干线出口及阀组前后能量[1]。

4.1.2 实例分析

选取T5注的2#干线与T7注1#干线进行对比，T5注2#干线为树形拓扑管网结构，同时，T5注2#干线所辖井平均注水压差在2.0MPa以内;T7注1#干线为环形拓扑管网结构，同时，T7注1#干线所辖井平均注水压差在3.0MPa左右。

计算系统能量后：相对T7注1#干线注水系统效率，T5注2#干线注水系统能量利用率较高。在总能量损失中，注水井控制阀能量损失占50.8%，管网能量损失占11.56%。能量损失主要环节井口控制阀，次之为管网形态。因此，降低注水系统能耗，关键环节在于降低注水井控制阀压损及管网形态。

4.2 基于干线水量分布的管径优化技术

4.2.1 管损与管径关系分析

注水量对注水管网管损影响比较大，从管损计算公式可以看出，注水管网管损h与注水量Q的2次方成正比，注水量越大，管网管损越大。

h∝△Q2

式中，Q为干线的注水量（m3/d）。

注水量的分布情况是由注水站的选址位置决定的，注水站选址必须考虑的因素有区域注水井的分布，同时，针对管径受限的管网，可升级管线，或者铺设辅线来解决问题[2]。

4.2.2 实例效果分析

T5注4#干线改造前为？准76无缝钢管，辖注水井42口，干线配注量765m3/d，管损4.5MPa，通过对T5注水系统4#干线铺设辅线改造，注水管网管损平均降低了3.5MPa，效果显著。

T8注W16-28干线改造前为？准76无缝钢管，辖注水井32口，干线配注量542m3/d，管损3.5MPa，通过对T8注水系统W16-28干线铺设辅线改造，注水管网管损平均降低了3.0MPa，效果显著。

5 认识及建议

5.1 认识

①注水系统关系到采油效率的高低，在油田的实际生产中注水系统承担着非常关键的作用，当下油田生产面临着诸多的社会压力，要实现生产效率以及质量的提升，就要在各方面进行优化，地面注水是其中的重点与关键部分。

②以注水系统能量利用率最高、管理难度最低原则，注水管网的拓扑结构中以树形拓扑结构为最优。

③在机泵效率提高有一定限度的情况下，注水节能主要是解决配水间与井口压差过大的问题。

④注水管线铺设时，需充分考虑所辖片区注水井水量大小。

5.2 建议

①注水系统建设时，需统一规划部署，同时兼顾原系统优化，避免简单插接。

②铺设注水干线时，以树形拓撲结构为主，尽量避免干线串接。

③建设、优化注水管网时，可考虑按油藏或注水压力相近原则规划管网系统，避免井间注水压差大而造成的能量损失。

④因滚动开发造成的干线负荷增大，干线水量分布超过管径最大通过水量时，需相应的升级对应管段管线或铺设辅线。

【参考文献】

【1】徐国栋，梁政.气田集输管网布局优化研究[J].石油规划设计，2004，15（6）：18-21.

【2】邱继英.油田注水管网的优化设计[J].油气田地面工程，2000，19（2）：10-11.